KR100558940B1 - Excavating apparatus and excavating method using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지중굴착장치와 이를 이용한 굴착방법에 관한 것으로, 지상에서 일정한 깊이로 수직하게 굴착된 수직갱의 한쪽 벽면에 설치된 버팀반력벽에 지지되어서 관구조물을 상기 수직갱의 수평방향으로 지중에 밀어 넣도록 힘을 가하는 압입추진수단과, 토사 또는 암석을 굴삭하면서 상기 압입추진수단에 의해 수평방향으로 지중 내부로 밀어 넣어져 추진되는 굴착수단 및, 이 굴착수단에 의해 굴착된 공간으로 상기 압입추진수단에 의해 연속적으로 압입되어서 터널을 형성하는 다수의 관구조물로 이루어지되, 상기 굴착수단은 다수의 메서플레이트와, 이들 메서플레이트를 수용하면서 각각 메서플레이트를 지중내부로 추진시키도록 신장 또는 수축되는 추진용 유압잭들이 연결된 반력프레임을 갖춘 통형상의 쉴드부를 구비하여, 굴착작업을 기계화시킬 수 있어서 더욱 경제적으로 고품질의 지하구조물을 시공할 수 있게 된다. The present invention relates to an underground excavation device and an excavation method using the same, which is supported by a bracing wall mounted on one wall of a vertical shaft excavated vertically to a certain depth from the ground so as to push the tubular structure into the ground in the horizontal direction of the vertical shaft. A press-fit propulsion means for applying a force, excavating means pushed into the ground in the horizontal direction by the press-propulsion propulsion means while excavating soil or rock, and a space excavated by the excavating means by the push-in propulsion means It consists of a plurality of tubular structures that are continuously indented to form a tunnel, wherein the excavating means includes a plurality of mesaplates and propulsion hydraulic jacks that extend or contract to accommodate the mesaplates and propel the mesorplates into the ground, respectively. Machined excavation work with cylindrical shield with connected reaction frame It is possible to construct high quality underground structures more economically.
Description
도 1은 종래기술에 따른 지중굴착방법의 한 예를 설명하기 위한 도면,1 is a view for explaining an example of the underground drilling method according to the prior art,
도 2a 내지 도 2e는 종래기술에 따른 지중굴착방법의 다른 예를 설명하기 위한 도면들, 2a to 2e are views for explaining another example of the underground excavation method according to the prior art,
도 3은 도 2a 내지 도 2e에 사용되는 굴착장치를 도시한 단면도, 3 is a cross-sectional view showing a drilling apparatus used in Figures 2a to 2e,
도 4는 본 발명에 따른 지중굴착장치와 이를 이용한 굴착방법을 설명하기 위한 단면도,Figure 4 is a cross-sectional view for explaining the underground excavation device and an excavation method using the same according to the present invention,
도 5는 도 4의 A-A선 단면도,5 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
도 6은 도 4의 B-B선 단면도,6 is a cross-sectional view taken along the line B-B of FIG.
도 7은 본 발명에 사용되는 메서플레이트가 측벽에 위치된 상태를 도시한 평단면도,7 is a plan sectional view showing a state where the method plate used in the present invention is located on the side wall;
도 8은 도 7의 C-C선 단면도이다. 8 is a cross-sectional view taken along the line C-C of FIG.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>
1 : 메서플레이트 7 : 쉴드부1: Method plate 7: Shield
8 : 바아 10 : 버팀반력벽8: bar 10: bracing wall
11 : 압입용 유압잭 12 : 구동축11: press-fitting hydraulic jack 12: drive shaft
13 : 고정브라켓 20 : 관구조물13: fixing bracket 20: tubular structure
33 : 추진용 유압잭 36 : 반력프레임33: propulsion hydraulic jack 36: reaction frame
40 : 굴삭기 41 : 높이조절용 유압잭40: excavator 41: hydraulic jack for height adjustment
42a : 높이조절용 구멍 42b : 높이조절용 핀 42a:
43 : 지지보 44 : 지보프레임 43: support 44: support frame
45 : 가로보 92 : 컨베이어45: cross beam 92: conveyor
93 : 레일 94 : 운반대차93: rail 94: carrier cart
95 : 버팀스페이서 100 : 지상95: brace spacer 100: ground
101 : 수직갱101: vertical shaft
본 발명은 지중굴착장치와 이를 사용한 굴착방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 굴착과 1차복공(Lining)을 동시에 구축할 수 있고 지하구조물의 크기나 단면형상에 따라 다양하게 적용할 수 있는 기존 공법들의 장점을 유지하되, 수작업을 기계화함으로써 더욱 경제적이고 완성구조물의 품질을 개선할 수 있도록 된 지중굴착방법과 이를 위한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an underground excavation device and an excavation method using the same, and more specifically, the existing construction method that can be used to build excavation and primary lining at the same time, and can be variously applied according to the size or cross-sectional shape of the underground structure. The present invention relates to an underground excavation method and apparatus for maintaining the advantages of the present invention, which are more economical and can improve the quality of the finished structure by mechanizing the manual work.
일반적으로, 전력구, 통신구, 지하철, 상하수도, 지하도, 각종 암거 등의 지하공간구조물을 시공하는 데에는 다양한 굴착방법과 장치가 사용되어 왔다. In general, various excavation methods and apparatuses have been used to construct underground spatial structures such as electric power ports, communication ports, subways, water and sewage systems, underpasses, and various culverts.
예컨대, 도 1에 도시된 종래기술에 따른 지중굴착방법은 메서쉴드(Messer Shield)공법으로서, 이 공법은, 큰 강관통을 유압잭(jack)으로 압입시켜서 굴착하는데, 이때 쉴드 주변의 마찰력이 크기 때문에 굴착단면이나 굴진길이에 제약을 받게 되므로, 이런 강관통을 종방향으로 여러 조각으로 분할하여 굴진시키면 접촉마찰력을 작게 할 수 있다는 점에 착안하여 메서플레이트라는 형태의 강널판을 이용하고 있다. 이와 같이 폭이 좁은 강널판을 분할하여 굴착단면에 따라 병렬로 배열할 수 있기 때문에, 굴착단면이 사각형이나 원형 또는 마제형인 경우에도 시공이 가능하게 되었다. For example, the underground excavation method according to the prior art shown in Figure 1 is a method of the method (Messer Shield) method, this method, by pressing a large steel pipe through a hydraulic jack (excavation), because the friction force around the shield is large Since the excavation cross section and the length of the excavation are limited, the steel plate of the mesoplate type is used in view of the fact that the contact pipe can be reduced by dividing the steel pipe into several pieces in the longitudinal direction. Thus, the narrow steel plate can be divided and arranged in parallel according to the excavation section, so that construction can be performed even when the excavation section is rectangular, circular, or horseshoe.
도 1을 참조로 하여 메서쉴드공법에 대해 더욱 상세히 설명하자면, 우선 기본적으로 수직갱의 터파기를 완료한 후 버럭반출용 윈치타워를 현장에서 제작하고 설치한 다음에, 수평갱용 바닥강재의 수평을 맞추기 위해 바닥콘크리트를 타설한다. 수평갱의 입구에서 굴착하고자 하는 터널의 형태에 따라 강지보공(6)을 조립한 후, 이 강지보공(6)의 외주쪽으로 다수의 메서플레이트(1)를 병렬로 배열시킨다. 수평갱의 굴착시 막장의 안정과 용수처리 및 침하를 최소로 하기 위하여 필요하면 상부지반보강용 그라우팅을 시행한다. 굴착해야 할 구간에 일정한 간격(60~80cm)으로 가설지보공을 설치해 나가면서 메서플레이트(1)를 추진해 나가는데, 즉 작업자가 이 메서플레이트(1)를 한매씩 유압잭(5)을 사용하여 막장굴착면으로 관입시키면서 굴착을 시행하며 추진해 나간다. 이때, 강지보공(6)의 간격만큼만 굴착하고, 굴 착한 즉시 새로이 형성된 막장면은 버팀목을 이용하여 막장막이(2)로 안정시킨 다음, 이곳에 새로운 강지보공을 설치하면, 하나의 굴착공정이 완료된다. 또한, 상기 메서플레이트(1)를 추진할 때에 그 후방에서는 이 메서플레이트(1)의 전진이동에 따라 강지보공(6) 사이의 굴착면이 노출되는데, 이 부분을 토류판(3)으로 받쳐 나가는 한편, 특히 토류판(3)의 밑부분에 쐐기목(4)을 삽입시켜 굴착면 지반에 토류판(3)을 최대한 밀착시킴으로써, 토사하중 및 토압이 균등하게 강재에 전달되도록 한다. Referring to Figure 1 in more detail with respect to the method of the method, first of all basically completed the burrow of the vertical shaft, then to produce and install the winch tower for the dumping in the field, in order to level the horizontal steel floor steel Pour the floor concrete. After assembling the stiffeners 6 according to the shape of the tunnel to be excavated at the entrance of the horizontal shaft, a plurality of
이와 같이, 막장굴착과 토류판설치 및 지보공설치의 공정을 병렬로 배열된 메서플레이트내에서 연속적으로, 그리고 이러한 공정들을 반복적으로 시행하여 굴착을 완료하게 된다. As such, the process of membrane excavation, earth plate installation and support construction is carried out continuously and repeatedly in these method plates in parallel to complete the excavation.
굴착이 끝나면 강지보공(6;예컨대, H-형강)의 두께(15~20cm)로 1차복공을 타설한다. 이 1차복공은 강지보공(6)의 간격들을 충진시키는 것으로, 이 공사는 바람직하기로 몰탈채움공으로 시공한다. 추가로, 배면에 시멘트밀크 그라우팅공정을 시행하여 공동(空洞)부분의 충진에 완벽을 기할 수도 있다. 1차복공을 시공한 후, 방수가 요구되는 구조물에 대해서는 현장여건에 알맞는 방수공법을 선정하여 시공한다. 방수완료 후에 바닥철근을 배근하여 바닥콘크리트를 먼저 타설하고 벽체 및 상부 철근을 조립하여 본체 구조물을 타설한다. After the excavation is completed, the primary hole is poured to a thickness (15 to 20 cm) of the stiffener (6; for example, H-shaped steel). This primary replenishment fills the gaps in the stiffeners 6, which is preferably constructed as mortar filled holes. In addition, a cement milk grouting process may be applied to the back surface to ensure perfect filling of the cavity. After the first rehabilitation, the waterproofing method suitable for the site conditions should be selected and constructed for the structures that require waterproofing. After completion of waterproofing, reinforce the bottom reinforcement and pour the bottom concrete first, and then assemble the main structure by assembling the wall and the upper reinforcement.
또한, 도 2a 내지 도 2e 및 도 3은 종래기술의 다른 방법인 선단추진공법을 설명하기 위한 도면으로서, 이는 토사층 및 암반층에 관계없이 굴착시공할 수 있는 것을 특징으로 하는 바, 이 선단추진공법에 사용되는 장치는 지상(100)에서 일정한 깊이로 수직하게 굴착된 수직갱(101)의 한쪽 벽면에 설치된 버팀반력벽(10)에 지지되어서 관구조물(20)을 수평방향으로 지중에 밀어 넣도록 힘을 가하는 압입추진수단과, 이 압입추진수단에 의해 수평방향으로 지중 내부로 밀어 넣어지면서 굴착공간을 확보하며 그 내부를 굴착하여 지상(100)에서 일정한 깊이로 수직하게 굴착된 수직도달갱(102)까지 전진하는 선굴착수단 및, 이 선굴착수단에 의해 굴착된 공간으로 압입추진수단에 의해 연속적으로 압입되어서 터널을 형성하는 다수의 관구조물(20)로 이루어진다.In addition, Figures 2a to 2e and 3 is a view for explaining the tip propulsion method that is another method of the prior art, which is characterized in that the excavation can be carried out irrespective of the soil layer and the rock layer, this tip propulsion method The device used is supported by the
상기 압입추진수단은 버팀반력벽(10)에 지지되는 압입용 유압잭(11)을 구비하되, 압입용 유압잭(11)의 구동축(12)은 관구조물(20)의 후단에 위치되는 고정브라켓(13)에 고정설치된다. The press-fitting propulsion means includes a press-fitting
그리고, 상기 선굴착수단은 관구조물(20)의 선단에 설치되어 상기 압입추진수단에 의해 지중 내부로 밀어 넣어지면서 굴착공간을 형성하는 선추진프레임(30)과, 이 선추진프레임(30)의 뒤쪽 내벽면에 고정설치되며 상기 관구조물(20)에 구동축(34)이 지지된 상태에서 작동하여서 선추진프레임(30)을 지중 내부로 밀어 넣는 추진용 유압잭(33), 상기 선추진프레임(30)의 내부 저면에 설치되어서 선추진프레임(30)에 의해 형성된 굴착공간의 내부를 굴삭하는 굴삭기(40), 상기 선추진프레임(30)의 내벽면에 설치되어 이 선추진프레임(30)의 내주를 따라 횡방향으로 회전하면서 굴착공간 내부의 막장굴착면인 전단면(A)에 다수의 굴착공(B)을 형성하는 암반보링기(60), 이 암반보링기(60)에 의해 형성된 다수의 굴착공(B)을 파쇄하는 유압해머(82), 이 유압해머(82)에 의해 파쇄되고 굴삭기(40)로 굴삭된 토 사 및 암석을 수직갱(101)으로 이송시켜 외부로 배출하는 이송수단을 포함하고 있다.In addition, the pre-excavation means is installed at the tip of the
여기서, 상기 선추진프레임(30)은 내부가 빈 파이프 형태의 강관통(32)과, 이 강관통(32)의 선단에 설치된 다수의 방향조정용 유압잭(37) 및, 이 방향조정용 유압잭(37)의 구동축(38)이 고정설치되어 이 구동축(38)의 작동에 따라 지중 내부로 추진되는 선단슈(31)로 이루어진다. 이 선추진프레임(30)의 단면형상은 터널의 형태에 따라 원형, 사각형, 아치형 등으로 형성될 수 있다.Here, the
또한, 상기 이송수단은 굴착하고자 하는 전단면(A)의 하단에 설치된 토사호퍼(90)와, 이 토사호퍼(90)의 내부에서 상기 선추진프레임(30)의 강관통(32)의 후단위치까지 설치되어서 유입된 토사 및 암석을 수평이동 및 경사이동시키도록 2단으로 설치된 컨베이어(91,92), 이들 컨베이어(91,92)에 의해 이송되어 온 토사 및 암석이 적재되는 운반대차(94), 이 운반대차(94)를 수직갱(101)까지 이송시키도록 관구조물(20)의 저면부터 수직갱(101)의 저면까지 2열로 설치된 운반대차용 레일(93)로 이루어진다.In addition, the conveying means is the
이러한 장치를 이용한 선단추진공법에 대해 설명하자면, 터널을 시공하고자 하는 곳에서 일정깊이로 수직하게 굴착하여 수직갱(101) 및 수직도달갱(102)을 형성하며, 수직갱(101)의 한쪽 벽면에 버팀반력벽(10)을 설치한 후에, 상기 수직갱(101)의 내부에 선굴착수단을 설치하고, 이 선굴착수단의 선추진프레임(30)에 설치되어서 버팀반력벽(10)에 지지된 추진용 유압잭(33)을 작동시켜 선추진프레임(30)을 최초로 수평방향으로 지중 내부로 압입시켜 굴착공간을 형성한다(도 2a 참조). To describe the tip propulsion method using such a device, to excavate vertically to a certain depth in the place where you want to construct a tunnel to form a
상기 선추진프레임(30)이 지중 내부로 모두 압입되면 굴착공간으로 압입될 관구조물(20)이 추진용 유압잭(33)을 지지하도록 수직갱(101)의 내부에 관구조물(20)을 위치시키고, 이 관구조물(20)을 연속적으로 굴착공간으로 압입시키도록 압입용 유압잭(11)을 버팀반력벽(10)에 지지되게 설치한다(도 2b 참조). When the
굴착공간 내부의 토사 또는 암석을 선추진프레임(30)내에 설치된 굴삭기(40)로 굴삭하며(도 2c 참조), 굴삭된 토사 또는 암석을 컨베이어들(91,92)로 이송시켜 운반대차(94)에 싣고 수직갱(101)으로 이동시켜 배출한다(도 2d 참조). 상기 선추진프레임(30) 내부의 토사 또는 암석이 모두 굴착되면 추진용 유압잭(33)을 재작동시켜 선추진프레임(30)을 밀어 넣어 굴착면의 붕괴를 방지하면서 굴착공간을 형성하고, 수직갱(101)에 설치된 압입용 유압잭(11)이 관구조물(20)을 밀어 넣는다. 이러한 굴착과정을 반복하여 선추진프레임(30)을 수직갱(101)에서 도달갱(102)까지 전진시키면서 터널을 형성하도록 되어 있다(도 2e 참조). The excavated soil or rock in the excavation space is excavated by the
그러나, 상기 메서쉴드공법에서는 작업자가 일정한 간격으로 굴착해야 할 구간에 가설지보공을 설치하면서 이 강지보공의 외주에 배열된 다수의 메서플레이트를 한매씩 유압잭을 사용하여 막장굴착면으로 관입시켜 추진해 나가고, 굴착이 끝나면 몰탈채움공으로 1차복공을 시공하기 때문에, 굴착작업이 매우 번거롭게 되고 노동집약적인 수작업으로 인해 작업자가 쉽게 피로하게 되면서, 이로 인해 시공기 간이 길게 되고 많은 인력이 필요하게 되어 시공비용이 증가되는 문제점이 있었다.However, in the method of the shield method, while installing the temporary construction site in the interval that the worker should be excavated at regular intervals, a plurality of mesaplates arranged on the outer periphery of the river site by using a hydraulic jack to intrude into the membrane drilling surface, and pushed forward, After the excavation, the first rehabilitation is constructed with mortar-filled holes, which makes the excavation work very cumbersome and makes workers tired easily due to labor-intensive manual work, which increases the construction time and requires more manpower. There was a problem.
또한, 상기 선단추진공법은 고가(高價)의 부품 또는 장비들을 사용하기 때문에 장치의 제작부터 이를 취급하여 사용하고 보수유지하는 데에 많은 비용이 들게 됨과 더불어 재활용할 수 없는 한편, 수직도달갱을 형성할 수 없는 곳에서 지하구조물을 시공하는 경우에는 이 지하구조물을 완성한 후 비싼 장치를 매설해야 하는 큰 문제점이 있었다. In addition, since the tip propulsion method uses expensive parts or equipment, it takes a lot of money to manufacture, handle, use, and maintain the device, and cannot recycle it, while forming vertical reaching shafts. In the case of constructing underground structures in places that cannot be done, there was a big problem of burying expensive devices after completing the underground structures.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하고자 안출된 것으로, 전술한 공법들의 장점만을 도출하되, 굴착공정을 단순화 및 기계화함으로써 작업공수를 감축하여 더욱 신속하고 경제적으로 고품질의 지하구조물을 형성할 수 있도록 된 지중굴착장치와 이를 이용한 굴착방법을 제공하는 데에 본 발명의 목적이 있다.Therefore, the present invention has been made to solve the problems described above, but only to derive the advantages of the above-described methods, to simplify the excavation process and reduce the labor maneuver to form a high quality underground structure more quickly and economically It is an object of the present invention to provide an underground excavation device and an excavation method using the same.
특히, 본 발명의 목적은 굴착단면과 관구조물의 외경 사이에 있게 되는 공극을 작게 하여 지반침하가 거의 없게 함으로써, 상기 메서쉴드공법의 큰 문제점을 해결하는 것이다. In particular, it is an object of the present invention to solve a large problem of the method of the method by the method by making the gap between the excavation cross section and the outer diameter of the tubular structure small so that there is little ground subsidence.
또한, 본 발명은 조립 및 해체가 가능한 간단한 구조로 되면서 지하구조물의 크기나 단면형상에 따라 다양하게 적용할 수 있는 한편, 그 선형에 맞춰 방향제어가 가능한 지중굴착장치와 이를 이용한 굴착방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
In addition, the present invention can be applied to a variety of sizes and cross-sectional shape of the underground structure while being a simple structure that can be assembled and dismantled, while providing an underground excavation apparatus that can control the direction according to the linear and excavation method using the same Its purpose is to.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 지중굴착장치와 이를 이용한 굴착방법에 대하여 상세히 설명하되, 도면에서 동일하거나 유사한 기능을 하는 부분은 동일한 참조번호로 표시되어 있다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the earth excavation device and the excavation method using the same, the same or similar parts in the drawings are denoted by the same reference numerals.
본 발명에 따른 지중굴착장치는, 크게 지상(100)에서 일정한 깊이로 수직하게 굴착된 수직갱(101)의 한쪽 벽면에 설치되어 있는 버팀반력벽(10)에 지지되는 압입추진수단과, 이 압입추진수단에 의해 수평방향으로 지중 내부로 밀어 넣어짐과 더불어 토사 또는 암석을 굴착하면서 전진하는 굴착수단 및, 이 굴착수단에 의해 굴착된 공간으로 상기 압입추진수단에 의해 연속적으로 압입되어서 터널을 형성하는 관구조물(20)로 이루어진다.The underground excavation device according to the present invention, the press-propulsion propulsion means that is supported on the bracing
상기 압입추진수단은 버팀반력벽(10)에 지지되는 압입용 유압잭(11)으로 이루어지되, 이 압입용 유압잭(11)의 구동축(12;도 2c 참조)은 관구조물(20)의 후단에 위치되는 고정브라켓(13;도 2c 참조)에 고정설치되어서 압입용 유압잭(11)이 유압으로 구동축(12)을 작동시켜 고정브라켓(13)을 매개로 관구조물(20)을 연속적으로 밀어부치도록 되어 있다. The press-fitting propulsion means is composed of a press-fitting
여기서, 상기 압입용 유압잭(11)의 작동에 의해 압입되는 관구조물(20)의 앞쪽에는 수직갱(101)에서부터 수평방향으로 압입되면서 굴진하는 굴착수단이 설치되는 바, 이 굴착수단은 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 다수의 메서플레이트(1)와, 이들 메서플레이트(1)를 수용하면서 관구조물(20)에 상응한 단면형상을 갖는 통형상의 쉴드부(7)를 구비한다. 일 례로서 쉴드부(7)는 상기 메서플레이트(1)들의 뒤쪽을 그 외주부에 형성된 오목홈내에 앞뒤로 왕복이동할 수 있게 수용하되, 메서플레이트(1)를 대략 절반 길이만큼 혹은 최소한 부분적으로 수용하도록 되어 있다. 또, 상기 쉴드부(7)는 그 각각의 내부 벽면을 따라 용접 등의 방법으로 고정설치된 반력프레임(36)을 추가로 구비하는데, 이 반력프레임(36)에는 각 메서플레이트(1)의 안쪽면 중간에서 이들 메서플레이트(1)를 길이방향으로 지중 내부로 추진시키도록 고정된 신축가능한 다수의 추진용 유압잭(33)이 힌지(도시되지 않음)를 매개로 연결되어 지탱되고 있다. 또한, 상기 쉴드부(7)의 후단에는 뒤에서 압입되는 관구조물(20)이 소켓식으로 끼워맞춤될 수 있게 되어 있는데, 쉴드부(7)의 두께가 비교적 얇아서(1~1.5mm) 굴착단면과 관구조물(20)의 외경 사이에 있게 되는 공극이 작게 됨으로써, 지반침하문제가 거의 없게 된다. Here, in the front of the
그리고, 상기 쉴드부(7)의 앞쪽에는 메서플레이트(1)가 지중 내부로 추진되면서 토압(土壓) 또는 암석 등의 굴진방해요소에 의해 추진방향이 틀어지거나, 자중에 의해 처지는 것을 방지하기 위한 높이조절수단이 구비되는데, 이러한 수단은 예컨대 H-형강으로 형성되고 볼트 및 너트를 매개로 하여 조립된 지보프레임(44)과, 이 지보프레임(44)의 상부에 장착된 적어도 하나의 높이조절용 유압잭(41), 이들 높이조절용 유압잭(41)상에 수평하게 설치되어 그 위로 메서플레이트(1)들이 미끄럼이동하도록 된 지지보(43)로 이루어지되, 상기 지보프레임(44)을 구성하는 양쪽 수직한 기둥의 상부는 지지보(43)내에 끼워넣어지며, 이들 기둥의 상부 측면에 다수의 높이조절용 구멍(42a)이 형성되어 있어, 높이조절용 유압잭(41)에 의해 높이가 맞춰진 구멍(42a)에 높이조절용 핀(42b)을 끼워놓음으로써, 상기 유압잭(41)이 해제된 뒤에도 맞춰진 높이를 유지할 수 있도록 되어 있다. 여기서, 상기 반력프레임(36)과 지보프레임(44) 사이에는 다수의 가로보(45)가 볼트 및 너트와 같은 체결수단을 이용하여 연결되어 있어서, 상기 프레임들과 함께 하나의 구조물을 형 성한다. In addition, the front of the shield portion (7) while the method plate (1) is pushed into the ground to prevent the propulsion direction is misaligned by the excavation disturbance element, such as earth pressure or rock, or sag due to its own weight A height adjustment means is provided, which means is for example a
또한, 상기 쉴드부(7)의 앞쪽에는 지지수단이 추가로 구비되어 있는데, 도 7은 메서플레이트가 측벽에 위치된 상태를 도시한 평단면도이고, 도 8은 도 7의 C-C선 단면도로서, 이들 도면에 도시된 바와 같이 추진용 유압잭(33)이 신장되어 메서플레이트(1)가 추진될 때 상기 쉴드부(7)의 선단과 지보프레임(44)의 지지보(43)까지 지간이 길게 되면서 이로 인한 방향의 틀어짐을 막기 위해서, 적어도 하나, 바람직하기로 한쌍의 둥근 바아(8)가 각각의 가로보(45)상에 용접 등의 방법으로 고정되어 있고, 이들 바아(8)를 따라 각각의 메서플레이트(1)가 앞으로 곧게 미끄럼이동할 수 있게 되어 있다. In addition, a support means is further provided at the front of the
한편, 도 8에서 알 수 있는 바와 같이 통상적으로 메서플레이트(1)내에는 적어도 2개의 강관이 병렬로 배치되고서 이들 강관을 연결하는 판부재로 이루어지되, 상부에는 추진시의 강도를 충족시키도록 판부재가 한겹 더 구비되어 있다. 상기 강관의 갯수와 그 길이 및 이들의 간격 등은 형성하고자 하는 터널의 형태에 따라 변경될 수 있음은 물론이고, 특히 각 메서플레이트(1)가 토질에 따라 상이한 길이를 가질 수도 있다. Meanwhile, as can be seen in FIG. 8, at least two steel pipes are typically arranged in parallel in the
또한, 상기 굴착수단의 내부에는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 전방의 전단면(A;도 3 참조)을 굴삭하는 굴삭기(40)가 구비되는 바, 이 굴삭기(40)는 상기 지보프레임(44)에 연결된 별도의 브라켓상에 장착되며, 전후 또는 좌우로 다소간 미끄럼이동하거나 임의의 각도로 선회될 수 있는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 굴삭기(40)는 전단면(A)의 토질에 따라 선택적으로 도 4에 도시된 바와 같이 토사 또는 암석을 퍼내는 버킷(bucket)을 장착하거나, 암반을 파쇄하는 파쇄기(breaker;도시되지 않음)를 장착하거나, 암반을 커팅하기 위한 커터로더(cutter loader;도 3 참조)를 장착할 수 있다. 또, 이 굴삭기(40)의 아래에는, 즉 상기 지보프레임(44)의 양쪽 수직한 기둥 사이에서 굴삭기(40)의 밑에까지 토류판(3;도 1 참조)이 삽입되어, 종래의 막장막이의 역할을 수행하게 한다. In addition, the
그리고, 상기 굴착수단의 내부에는 작업자가 상기 유압잭, 굴삭기 등과 같은 전술한 장치를 시각적으로 확인하여 제어하고 조작할 수 있는 제어조작반(도시되지 않음)이 구비되어 있다. In addition, the inside of the excavating means is provided with a control panel (not shown) that allows the operator to visually check, control and operate the above-described devices such as the hydraulic jack, excavator.
본 발명에 따른 지중굴착장치는, 굴착된 토사 또는 암석을 외부로 배출시키기 위한 이송수단이 구비된다. 이 이송수단은 굴착되는 토사층 또는 암반층의 하단에서 굴착수단의 후단까지 설치되어서 유입된 토사 또는 암석을 수평 또는 경사이동시키도록 된 컨베이어(92;도 4 및 도 5 참조)와, 이 컨베이어(92)로 이송되어 온 토사 또는 암석을 적재하도록 된 운반대차(94;도 3 참조) 및, 이 운반대차를 수직갱(101)까지 이송시키도록 관구조물(20)의 바닥면에서부터 수직갱(101)의 바닥면까지 2열로 설치된 레일(93;도 2d 참조)로 이루어진다. 따라서, 굴삭기(40)로 굴착된 토사 또는 암석은 컨베이어(92)를 거쳐 운반대차(94)에 적재되어 수직갱(101)으로 이송되고, 토사 또는 암석을 적재한 운반대차(94)는 수직갱(101)에서 윈치타워 등의 수단을 통해 지상(100)으로 배출된다.Underground drilling apparatus according to the present invention is provided with a transport means for discharging the excavated soil or rock to the outside. This conveying means is installed from the lower end of the excavated soil layer or rock layer to the rear end of the excavating means, the conveyor 92 (see Figs. 4 and 5) to horizontally or inclined the introduced soil or rock, and the conveyor 92 A carrier trolley 94 (see FIG. 3) configured to load the soil or rock that has been transferred to the bottom and the bottom surface of the
한편, 상기 굴착수단의 전체적인 단면형상은, 도 4 내지 도 6에 도시된 사각형에 한정되지 않으며, 형성하고자 하는 터널의 형태에 따라 원형, 아치형, 마제형 등 다양한 형태로 변경될 수 있고, 이와 상응한 단면형상을 갖는 관구조물(20)이 상기 굴착수단의 뒤를 따라 압입되어 원하는 형태의 터널을 구축하게 된다. On the other hand, the overall cross-sectional shape of the excavating means is not limited to the quadrangle shown in Figures 4 to 6, it can be changed in various forms, such as circular, arched, horseshoe type depending on the shape of the tunnel to be formed, A
이제, 전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 지중굴착장치를 사용하여 굴착하는 방법에 대해 설명한다.Now, a method of excavation using the underground drilling apparatus according to the present invention configured as described above will be described.
먼저, 종래와 같이 터널을 시공하고자 하는 곳의 지상(100)을 일정깊이로 수직하게 굴착하여 수직갱(101)을 형성하고, 이 수직갱(101)의 한쪽 벽면에 버팀반력벽(10)을 설치한 다음, 압입용 유압잭(11)을 이 버팀반력벽(10)에 지지되게 설치한 후, 상기 수직갱(101)의 내부에 본 발명에 따른 지중굴착장치를 조립한다. First, as in the prior art, the
조립된 장치의 굴삭기(40)를 작동시켜 최초로 수평방향으로 지중 내부를 굴삭하고, 이어서 각각의 추진용 유압잭(33)을 신장시킴으로써 해당 메서플레이트(1)를 길이방향으로 지중 내부로 추진시키는 추진굴착단계를 포함한다. The
다음 단계는 상기 압입용 유압잭(11)을 작동시켜 상기 굴착수단이 지중 내부로 압입되면서 일정 거리만큼 전진되게 하고, 필요하면 버팀스페이서(95;도 2b 참조)를 설치하고 계속적으로 굴삭 및 압입시킨 후에, 상기 굴착수단이 지중 내부로 압입되면서 일정 거리만큼 더욱 전진되면 버팀스페이서(95)를 해체하는 단계이다.The next step is to operate the press-fitting
상기 굴삭기(40)에 의해 굴삭된 굴착수단 내부에 있는 토사 또는 암석은 컨베이어(92)를 통해 이송되고 운반대차(94)에 적재되어 수직갱(101)으로 이송된 다음에 외부로, 즉 지상(100)으로 들어올려 모두 배출된다. Soil or rock in the excavation means excavated by the
이 상태에서, 상기 수직갱(101)의 내부에, 즉 상기 압입용 유압잭(11)의 구동축(12)의 선단과 굴착수단의 쉴드부(7)의 후단 사이에 관구조물(20)을 위치시키 고서, 상기 압입용 유압잭(11)의 구동축(12)을 고정브라켓(13)으로 고정시키는 한편, 상기 쉴드부(7)의 후단에는 관구조물(20)을 소켓식으로 끼워맞춘다. In this state, the
그 후에, 상기 굴착수단의 굴삭기(40)를 재작동시켜 지중 내부를 굴삭하고,각각의 추진용 유압잭(33)이 신장되게 하여 해당 메서플레이트(1)를 지중 내부로 추진시킨다. Thereafter, the
이때, 상기 추진굴착단계에서는 굴착수단내에 설치되어 있는 지보프레임(44)의 상부에 장착된 높이조절용 유압잭(41)을 상승시켜 그 위에 수평하게 설치된 지지보(43)를 들어올리고, 상기 지보프레임(44)의 양쪽 수직한 기둥의 상부 측면에 있는 높이조절용 구멍(42a) 중 하나에 높이조절용 핀(42b)을 끼워놓아서, 선형에 따라 맞춰진 높이를 유지한 채로 상기 지지보(43) 위를 메서플레이트(1)가 미끄럼이동하여 추진되게 하는 것이 가능하다. 또한, 바람직하게는 각 추진용 유압잭(33)의 신장길이를 다르게 하여 메서플레이트(1)들의 추진거리를 상이하게 함으로써, 상기 굴착수단의 전체 굴착방향을 소정의 각도로 변화시킬 수 있다. 이와 같이 하여서, 터널의 선형에 따라 상하좌우로의 방향제어가 가능하게 되는 것이다. At this time, in the propulsion excavation step is to raise the height adjustment
다음으로, 수직갱(101)에 설치된 상기 압입용 유압잭(11)이 작동되어 굴착수단과 함께 관구조물(20)이 지중 내부로 밀어 넣어지는데, 이로써 굴착과 동시에 별도의 몰탈채움공과 같은 작업없이도 1차복공을 구축할 수 있게 된다. Next, the press-fitting
굴착된 토사 또는 암석은 전술한 바와 같이 컨베이어(92)를 통해 이송되고 운반대차(94)에 의해 수직갱(101)의 외부로 배출된다. 그 다음에, 새로운 관구조물(20)을 상기 수직갱(101)의 내부에 위치시킨다. The excavated soil or rock is transported through the
이와 같이, 굴삭기(40)로 먼저 지중 내부를 굴삭하고서 메서플레이트(1)가 추진된 후에, 관구조물(20)이 압입용 유압잭(11)에 의해 압입되며, 굴착된 토사를 컨베이어(92) 및 운반대차(94)를 통해 수직갱(101)의 외부로 배출시킨 다음에, 새로운 관구조물(20)을 위치시키는 과정을 반복하여, 일정 거리의 터널을 형성한다.In this manner, the
끝으로, 원하는 거리만큼의 터널이 완성되면, 본 발명에서는 굴착수단의 해체단계를 더 포함하는데, 상기 해체단계는 굴착수단의 쉴드부(7)와 반력프레임(36)만 분해하지 않고 남겨 두어서 이에 연속적으로 이어져 있는 관구조물(20)과 함께 복공처리하는 것이 바람직하다. Finally, when the tunnel is completed by the desired distance, the present invention further comprises a dismantling step of the excavating means, the dismantling step is left without disassembling only the
본 발명에 따른 지중굴착방법은 일부 순서를 바꾸어 시행할 수도 있는 바, 즉 굴착수단의 각각의 추진용 유압잭(33)을 수평방향으로 신장시킴으로써 해당 메서플레이트(1)를 길이방향으로 지중 내부로 추진시켜 굴착공간을 확보한 다음에, 상기 굴착수단내에 있는 굴삭기(40)를 작동시켜 지중 내부를 굴삭하게 할 수도 있다. 이와 같이, 메서플레이트(1)가 먼저 추진되고서 굴삭기(40)로 지중 내부를 굴삭한 다음에는, 관구조물(20)이 압입용 유압잭(11)에 의해 압입되게 하며, 굴착된 토사를 컨베이어(92) 및 운반대차(94)를 통해 수직갱(101)의 외부로 배출시킨 후, 새로운 관구조물(20)을 위치시키는 과정을 반복하게 된다. The underground excavation method according to the present invention may be implemented by changing a part of the order, that is, the propulsion of the
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 지중굴착장치와 이를 이용한 방법에 의하면, 우선 굴착과 1차복공(최종구조물)을 동시에 구축할 수 있는 바, 즉 종래의 메서쉴드공법에서 작업자가 일일이 가설지보공을 설치하면서 유압잭을 사용하여 메 서플레이트를 추진하고 별도의 몰탈채움공으로 1차복공을 시행하는 다단계의 공정을 기계적인 방식으로 굴착과 함께 관구조물을 압입함으로써, 굴착작업이 매우 용이하고 단순하게 되면서 시공이 신속하게 이루어져 시공기간 및 시공비용이 절감되는 한편, 전체 굴착공정의 자동화를 도모할 수 있는 효과가 있게 된다. As described above, according to the underground drilling apparatus according to the present invention and the method using the same, it is possible to simultaneously construct the excavation and the primary restoration (final structure) at the same time, that is, in the conventional method of the method of the shield method, the worker can construct the temporary construction work. During the installation, the multi-step process of propelling the method plate using hydraulic jacks and carrying out the primary rehabilitation with a separate mortar-filled hole by mechanically injecting the pipe structure together with the excavation is very easy and simple. It can be quickly made, reducing the construction period and the cost of construction, and it is possible to automate the entire excavation process.
또한, 본 발명에 따른 지중굴착장치에 구비된 높이조절수단과 지지수단 등에 의해 터널의 선형에 맞춰 방향제어가 가능하고, 더구나 메서플레이트를 이용한 공법 자체의 특성으로 인해 터널의 크기나 단면형상에 따라 다양하게 적용할 수 있어서, 시공자가 원하는 고품질의 지하구조물을 형성할 수 있게 되는 효과가 있다. In addition, it is possible to control the direction according to the linear alignment of the tunnel by the height adjusting means and the support means provided in the underground excavation device according to the present invention. Moreover, due to the characteristics of the method itself using the method plate, depending on the size of the tunnel and the cross-sectional shape Since it can be applied in various ways, there is an effect that the builder can form a high quality underground structure desired.
특히, 종래의 선단추진공법에 사용되는 장치와 달리 재활용가능한 부품들을 조립하여 사용하기 때문에 장치의 유지비용이 저렴하게 됨과 더불어, 도달갱이 없는 지하구조물을 시공하는 경우에도 완성 후 장치의 대부분을 해체할 수 있어 장치의 효용면에서 더욱 경제적으로 될 수 있게 한다.
In particular, unlike the devices used in the conventional tip propulsion method, since the recyclable parts are assembled and used, the maintenance cost of the device is low, and even in the case of constructing the underground structure without the reach shaft, most of the devices after completion are dismantled. This makes it more economical in terms of the utility of the device.
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